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申请/专利权人：深圳市康美乐电子科技有限公司

摘要：本发明请求保护一种移动边缘计算中面向用户移动性与偏好的边缘协同缓存方法，属于移动边缘计算领域，包括下列主要步骤：S1，基于用户历史行为，建立用户偏好模型，并根据用户偏好对用户进行分簇；S2，基于用户历史位置信息，建立移动用户数量预测模型；S3，结合预测的下一时刻区域内各类别用户数量、各类别用户偏好文件，确定相应缓存目标资源；S4，根据各服务器负载，缓存能耗，建立负载与能耗平衡的协作式缓存放置优化模型；S5，采用基于螺旋式搜索的蚁狮算法，求解缓存放置优化模型，获得缓存放置策略。本发明考虑了用户偏好与用户移动性，提高了缓存命中率；使用改进的蚁狮算法求解缓存放置策略，降低了系统整体能耗，保证了各服务器之间的负载均衡。

主权项：1.一种边缘计算中面向用户移动性与偏好的边缘协同缓存方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，基于用户历史行为数据，即用户-物品评分矩阵R，使用交替最小二乘法生成的Embedding向量表示用户偏好，并根据用户偏好对用户进行分簇，同时基于用户社交数据构建用户信任模型，以此推断冷启动用户的所属类别；S2，基于用户历史位置信息数据，采用ARIMA建立移动用户数量预测模型；S3，采用余弦相似度计算用户的偏好资源，结合预测的下一时刻区域内各类别用户数量、各类别用户偏好文件，确定相应缓存目标资源；S4，根据各服务器负载，缓存能耗，建立负载与能耗平衡的协作式缓存放置优化模型；S5，采用基于改进的螺旋式搜索的蚁狮算法，求解缓存放置优化模型，获得缓存放置策略；所述步骤S1基于用户历史行为，建立用户偏好模型，并根据用户偏好对用户进行分簇，具体包括：用户-物品评分矩阵是通过用户对物品的历史评分数据构建的，评分值越大，表示用户对该类资源的偏好程度也就越大；N个用户对M个物品的评分矩阵R可表示如下： 其中，rN,M代表第N个用户对第M个物品的评分，矩阵R为一个稀疏矩阵，基于矩阵分解理论，N行M列的矩阵R可以近似表示为一个N行k列的矩阵U与一个M行k列的矩阵V相乘；将矩阵R分解为矩阵U和V相乘后，矩阵U中的uN就是用户N的k维Embedding向量，矩阵V中的vM就是用户M的k维Embedding向量；基于用户偏好对用户进行分簇，具体包括：根据该类用户的Embedding向量与数据内容的Embedding向量进行相似度计算，与相应类别用户Embedding向量越相似的数据内容，表示该类别用户对内容的偏好性越大；由此可得到该类用户的TOPK个偏好内容；所述步骤S2根据移动用户历史位置信息，建立移动用户数量预测模型，具体包括；从t1时间段到tn时间段协作域内的用户数量集合可以表示为：NOU＝{NOUt1,NOUt2,…,NOUtn}并使用NOU作为ARIMA模型的输入，对tn+1时刻的各类别用户数量进行预测；ARIMA模型的基本思想是将变量随时间变化形成的数据序列视为一个时间序列数据，并用给定的数学模型近似描述该序列，并计算变量的未来数值；ARIMAp,d,q模型表示为： 其中μ为常数，p,d,q分别表示为自回归阶数，使时间序列平稳需要的差分阶数，移动平均阶数，γi为自回归系数，θi为移动平均系数，εt表示误差项；所述步骤S3采用余弦相似度计算用户的偏好资源，结合预测的下一时刻区域内各类别用户数量、各类别用户偏好文件，确定相应缓存目标资源，包括步骤：1通过步骤S1得到各类别用户与资源文件的Embedding向量，与相应冷启动用户的所属类别；2通过步骤S2可得到下一时刻区域内各类别用户的数量NOU，结合各类别用户与资源文件的Embedding向量，通过余弦相似度计算各类别用户与资源文件之间的相似度，得到各类别用户的偏好文件，余弦相似度计算公式如下： 其中ui、vi分别表示向量uN和vM的各分量；所述步骤S4根据各服务器负载因子缓存能耗因子建立负载与能耗平衡的协作式缓存放置优化模型，包括步骤：1设待缓存的文件集合为f＝{f1,f2,…,fj｝，协作域中有k个边缘服务器，集合为S＝{S1,S2,…,Sk}，各边缘服务器可用于缓存的总容量C＝{C1,C1,…,Ck}，各边缘服务器的剩余缓存容量Q＝{Q1,Q2,…,Qk}；核心网对各边缘服务器传输文件的功率均为Pe，各服务器磁盘的读速度写速度2将内容文件缓存在MEC服务器时，系统产生的缓存能耗开销由如下公式计算： 其中，Nc、Ne表示经过核心网与边缘网络中的路由器数量，Ec、Ee、Egat、Esw表示核心网路由器，边缘网络路由器，网关、交换机每传输一位数据所消耗的能量，表示文件的数据量；当内容文件缓存在MEC服务器上时，会给缓存系统带来额外的存储能耗，存储能耗由如下公式计算： 其中Pk表示边缘服务器k每存储一位数据所消耗的能量；因此总的缓存能耗可表示为传输能耗与存储能耗之和； 3服务器Sk的负载因子可采用如下公式表示； 其中Qk、分别表示边缘服务器Sk的剩余可用容量、对文件的写速度、对文件的读速度，Qmax、分别表示边缘服务器协作域内的最大剩余容量、最大写速率、最大读速率，Qmin、分别表示边缘服务器协作域内的最小剩余容量、最小写速率、最小读速率，SCk为服务器Sk的缓存剩余容量占比，可表示为； 其中Ck为服务器Sk的总容量，SCmax、SCmin分别表示边缘服务器协作域内的最大剩余容量占比、最小剩余容量占比；上述的权重满足α1+α2+α3+α4＝1； 越小，服务器k在协作域内资源使用的相对的负载越小，从负载均衡角度上出发，越适合存储更多文件；4存储能耗因子是用来衡量一个MEC服务器在协作域内，缓存一个文件所消耗能耗的相对大小，存储能耗因子采用如下公式表示； 其中，分别表示文件fj存储在协作域内的边缘服务器所消耗能耗的最大值与最小值，越小，表明文件fj存储在服务器Sk的能量消耗在协作域内相对越小；5适应度函数由负载因子与存储能耗因子决定；文件fj对边缘服务器Sk的适应度由如下公式所得： 其中β1,β2分别表示该缓存策略下各服务器的资源使用负载与能量消耗的非负权重，满足β1+β2＝1，为各边缘服务器负载因子的平均值；协同缓存策略求解问题转化为每个目标缓存文件进行相应缓存适应度的和的最小值，即协同缓存策略求解的目标函数可由如下公式表示； 其中表示文件fi是否缓存在边缘服务器Sm上，如果是，则否则约束条件：存储在边缘服务器的文件大小之和不能超过边缘服务器的总缓存容量

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